光电传感器学习.pptx

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1、2023/2/51一、光电效应及光电元件一、光电效应及光电元件 用光照射某一物体，可以看作物用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串能量为体受到一连串能量为hf 的光子的轰击，的光子的轰击，组成这物体的组成这物体的材料吸收光子能量材料吸收光子能量而发生而发生相应相应电效应电效应的物理现象称为的物理现象称为光电效应光电效应。外光电效应：在光线的作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。基于外光电效应的光电元件有紫外光电管、光电倍增管、光电摄像管等。第1页/共112页2023/2/52 紫外管外形紫外管外形 当入射紫外线照射在紫当入射紫外线照射在紫外管阴极板上时，电子克服外管阴极板上时，电子

2、克服金属表面对它的束缚而逸出金属表面对它的束缚而逸出金属表面，形成电子发射。金属表面，形成电子发射。紫外管多用于紫外线测量、紫外管多用于紫外线测量、火焰监测等。火焰监测等。紫外线第2页/共112页2023/2/53光敏电阻光敏电阻 当光敏电阻受当光敏电阻受到光照时，到光照时，阻值减小。阻值减小。第3页/共112页2023/2/54光敏电阻演示光敏电阻演示 当光敏当光敏电阻受到光照电阻受到光照时，时，光生电子光生电子空穴对增加，空穴对增加，阻值减小，电阻值减小，电流增大。流增大。暗电流（越小越好）第4页/共112页2023/2/55光敏二极管光敏二极管将光敏二极管将光敏二极管的的PN结设置在透明

3、结设置在透明管壳顶部的正下方，管壳顶部的正下方，光照射到光敏二极管光照射到光敏二极管的的PN结时，电子结时，电子-空空穴对数量增加，光电穴对数量增加，光电流与照度成正比。流与照度成正比。第5页/共112页2023/2/56光敏二极管外形光敏二极管外形光敏二极管阵列包含1024个InGaAs元件的线性光电二极管阵列，可用于分光镜。第6页/共112页2023/2/57红外发射、接收对管外形红外发射、接收对管外形红外发射管红外接收管第7页/共112页2023/2/58PIN光电二极管光电二极管PIN光电二极管是在光电二极管是在P区和区和N区之间插入一层电阻率很大的区之间插入一层电阻率很大的I层，从而

4、减小了层，从而减小了PN结的电容，提高了工作频率。结的电容，提高了工作频率。PIN光敏二极管的工作电压（反向偏置电压）高，光电光敏二极管的工作电压（反向偏置电压）高，光电转换效率高，暗电流小，其灵敏度比普通的光敏二极管高得多，响应频率可达数十兆赫，转换效率高，暗电流小，其灵敏度比普通的光敏二极管高得多，响应频率可达数十兆赫，可用作各种数字与模拟光纤传输系统，各种家电遥控器的接收管（红外波段）、可用作各种数字与模拟光纤传输系统，各种家电遥控器的接收管（红外波段）、UHF频带小信号开关频带小信号开关、中波频带中波频带到1000MHZ之间电流控制、可变衰减器、各种通信设备收发天线的高频功率开关切换和

5、RF领域的高速开关等。特殊结构的PIN二极管还可用于测量紫外线或射线等。第8页/共112页2023/2/59APD光敏二极管（雪崩光敏二极管）光敏二极管（雪崩光敏二极管）硅雪崩光电二极管是采用硅雪崩光电二极管是采用n+p-p+型结构的可见光和近红外探测器，它具有高型结构的可见光和近红外探测器，它具有高响应度，高信噪比，高响应速度等特点，可广泛应用于微光信号检测、长距离光纤通响应度，高信噪比，高响应速度等特点，可广泛应用于微光信号检测、长距离光纤通信、激光测距、激光制导等光电信息传输和光电对抗系统。信、激光测距、激光制导等光电信息传输和光电对抗系统。第9页/共112页GD3250系列硅雪崩光电二

6、极管的特性参系列硅雪崩光电二极管的特性参数数 参数参数单位单位GD3250-AGD3250-BGD3250-C光敏面直径光敏面直径mm0.20.50.8工作电压工作电压V100150100150150250暗电流暗电流nA152535响应度响应度V/w606060上升时间上升时间ns134噪声等效功率噪声等效功率 Pw/Hz1/20.050.070.09结电容结电容pF11.52使用温度范围使用温度范围-20+40-20+40-20+40封装形式封装形式TO型型光纤型光纤型TO型型TO型型第10页/共112页2023/2/511光敏二极管的反向光敏二极管的反向偏置接法偏置接法 在没有光照时，由

7、于二极管反在没有光照时，由于二极管反向偏置，所以反向电流很小，这时的电向偏置，所以反向电流很小，这时的电流称为流称为暗电流暗电流，相当于普通二极管的反，相当于普通二极管的反向饱和漏电流。当光照射在二极管的向饱和漏电流。当光照射在二极管的PNPN结（又称耗尽层）上时，在结（又称耗尽层）上时，在PNPN结附结附近产生的电子近产生的电子-空穴对数量也随之增加，空穴对数量也随之增加，光电流也相应增大，光电流与照度成正光电流也相应增大，光电流与照度成正比。比。第11页/共112页2023/2/512 光敏二极管的反向偏置接光敏二极管的反向偏置接线（参考上页图）及光电特性线（参考上页图）及光电特性演示演示

8、 在没有光照时，由于二在没有光照时，由于二极管反向偏置，反向电流极管反向偏置，反向电流（暗电流）很小。（暗电流）很小。当光照增加时，光电流I与光照度成正比关系。UO+光照第12页/共112页2023/2/513光敏三极管光敏三极管 光敏三极管有两光敏三极管有两个个PN结结。与普。与普通三极管相似，有电流增益，灵敏度通三极管相似，有电流增益，灵敏度比光敏二极管高。多数光敏三极管的比光敏二极管高。多数光敏三极管的基极没有引出线，基极没有引出线，只有正负（只有正负（c、e）两两个引脚，所以其外型与光敏二极管相个引脚，所以其外型与光敏二极管相似，从外观上很难区别。似，从外观上很难区别。第13页/共11

9、2页2023/2/514光敏三极管外形光敏三极管外形第14页/共112页2023/2/515光敏三极管内部结构光敏三极管内部结构a)内部组成内部组成b)管芯结构管芯结构c）结构简化图结构简化图1集电极引脚集电极引脚2管芯管芯3外壳外壳4玻璃聚光镜玻璃聚光镜5发射极引脚发射极引脚6N+衬底衬底7N型集电区型集电区8SiO2保护保护圈圈9集电结集电结10P型基区型基区11N型发射区型发射区12发射结发射结 第15页/共112页2023/2/516硅光敏晶体管的光谱特性硅光敏晶体管的光谱特性电磁波频电磁波频谱谱第16页/共112页2023/2/517光敏晶闸管光敏晶闸管光敏晶闸管有三个引出电极，即阳

10、极光敏晶闸管有三个引出电极，即阳极a、阴极、阴极k和门极和门极g。它的顶部有一个它的顶部有一个玻璃透镜玻璃透镜，光敏晶闸管的阳极与负载串联后接电源正极，阴极接电源负极，门极，光敏晶闸管的阳极与负载串联后接电源正极，阴极接电源负极，门极可悬空。可悬空。当有一定照度的光信号通过玻璃窗口照射到正向阻断的当有一定照度的光信号通过玻璃窗口照射到正向阻断的PN结上时，将结上时，将产生门极电流产生门极电流，从而使光敏晶闸管从阻断状态变为，从而使光敏晶闸管从阻断状态变为导通状态导通状态。导通后，即使光照。导通后，即使光照消失，光敏晶闸管仍维持导通。要切断已触发导通的光敏晶闸管，必须使阳极与消失，光敏晶闸管仍维

11、持导通。要切断已触发导通的光敏晶闸管，必须使阳极与阴极的电压反向，或使负载电流小于其维持电流。阴极的电压反向，或使负载电流小于其维持电流。光敏晶闸管的特点是：光敏晶闸管的特点是：导通电流比光敏三极管大得多，工作电压有的可达数百伏，导通电流比光敏三极管大得多，工作电压有的可达数百伏，因此输出功率大，可用于工业自动检测控制。因此输出功率大，可用于工业自动检测控制。第17页/共112页2023/2/518光敏晶闸管外形光敏晶闸管外形光敏面光敏面第18页/共112页2023/2/519基于光生伏特效应的光电元件基于光生伏特效应的光电元件光电池光电池 在在N型衬底上制造一薄层型衬底上制造一薄层P型层作为

12、型层作为光照敏感面，就构成最简单的光照敏感面，就构成最简单的光电池光电池。当。当入射光子的能量足够大时，入射光子的能量足够大时，P型区每吸收一型区每吸收一个光子就产生一对光生电子个光子就产生一对光生电子空穴对，空穴对，光光生电子生电子空穴对的的扩散运动使电子通过空穴对的的扩散运动使电子通过漂移运动被拉到漂移运动被拉到N型区，空穴留在型区，空穴留在P区，所区，所以以N区带负电，区带负电，P区带正电。区带正电。如果光照是连如果光照是连续的续的，经短暂的时间，经短暂的时间，PN结两侧就有一个结两侧就有一个稳定的光生电动势输出稳定的光生电动势输出。第19页/共112页2023/2/520光电池光电池外

13、形外形光敏面第20页/共112页2023/2/521能提供较大电流的能提供较大电流的大面积光电池大面积光电池外形外形第21页/共112页2023/2/522其他其他光电池及在照度测量中的应用光电池及在照度测量中的应用柔光罩下面为圆形光电池第22页/共112页2023/2/523光电池在动力方面的应用光电池在动力方面的应用太阳能赛车太阳能电动机模型太阳能硅光电池板第23页/共112页2023/2/524光电池在动力方面的应用（续）光电池在动力方面的应用（续）太阳能发电第24页/共112页2023/2/525光电池在动力方面的应用（续）光电池在动力方面的应用（续）光电池在人造卫星上的应用第25页/

14、共112页2023/2/526光电池的光电特性光电池的光电特性 一个典型的硅光电池的光电特性一个典型的硅光电池的光电特性 11开路电压曲线开路电压曲线 22短路电流曲线短路电流曲线 开路电压为对数特性短路电流为线性特性第26页/共112页2023/2/527二、光电元件的基本应用电路二、光电元件的基本应用电路1、光敏电阻的基本应用电路、光敏电阻的基本应用电路 a）U与光照变化趋势相同的电路b）U与光照变化趋势相反的电路 第27页/共112页2023/2/5282 2、光敏三极管光控继电器电路、光敏三极管光控继电器电路当无光照时，当无光照时，V1截止，截止，I=0，则，则V2处于什么状态？继电器

15、处于什么状态？继电器KA吸合还吸合还是释放？如果将是释放？如果将V1与与R b2位置上下对调，其结果如何？位置上下对调，其结果如何？第28页/共112页2023/2/5293、光电池的应用电路、光电池的应用电路光电池短路电流测量光电池短路电流测量电路电路 I/U 转换电路的输出电压转换电路的输出电压Uo与光电流与光电流I成正比。若光电池用于微光测量时，成正比。若光电池用于微光测量时，I可能较小，则应增加一级放大电路，并在第二级使用电位器可能较小，则应增加一级放大电路，并在第二级使用电位器RP微调总的放大微调总的放大倍数。倍数。第29页/共112页2023/2/530三、光电传感器的应用三、光电

16、传感器的应用 1 1、光源本身是被测物的应用实例、光源本身是被测物的应用实例 光的照度E的单位是lx（勒克斯），它是常用的光度学单位之一，它表示受照物体被照亮程度的物理量，可以用照度计来测量。光电池（外加柔光罩）第30页/共112页2023/2/531红外线辐射温度计：红外线辐射温度计：红外辐射温度计既可用于高温测量，红外辐射温度计既可用于高温测量，又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐又可用于冰点以下的温度测量，所以是辐射温度计的发展趋势。射温度计的发展趋势。市售的红外辐射温度计的温度范围市售的红外辐射温度计的温度范围可以从可以从-30-30 3000 3000，中间分成若干，中间分成若干个不

17、同的规格，可根据需要选择适合的型个不同的规格，可根据需要选择适合的型号。号。第31页/共112页2023/2/532红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计外形 激光仅激光仅 用于瞄准用于瞄准第32页/共112页2023/2/533红外线辐射温度计外形红外线辐射温度计外形 红外线辐射温度计红外线辐射温度计用于食品温度用于食品温度测量测量第33页/共112页2023/2/534红外线辐射温度计红外线辐射温度计在非接触体温测量中的应用在非接触体温测量中的应用耳温仪第34页/共112页2023/2/535红外线辐射温度计用于人体额温测红外线辐射温度计用于人体额温测量量第35页/共112页2023/2/5

18、36 红外线辐射温度计红外线辐射温度计在非接触温度测量中的在非接触温度测量中的应用应用集成IC温度测量第36页/共112页2023/2/537红外线辐射温度计在非接触温度测红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）量中的应用（续）利用红色激光瞄准被测物（冷藏牛奶和面食）第37页/共112页2023/2/538红外线辐射温度计在非接触温度测量中红外线辐射温度计在非接触温度测量中的应用（续）的应用（续）利用红色激光瞄准被测物（电控柜、天花板内的布线层）温度采集系统第38页/共112页2023/2/539比色式温度传感器温度非比色式温度传感器温度非接触测量中的应用接触测量中的应用 比色式温度传感

19、器：比色式温度传感器：采用比色式采用比色式（双波段）测温原理实现对被测目标的非（双波段）测温原理实现对被测目标的非接触测温，用户不需知道物质的发射率。接触测温，用户不需知道物质的发射率。它抗烟雾、水蒸气和灰尘能力较强，不受它抗烟雾、水蒸气和灰尘能力较强，不受窗口玻璃影响，能瞄准窗口玻璃影响，能瞄准 ,测量小目标，测量小目标，可不考虑距离系数，可以不完全被目标充可不考虑距离系数，可以不完全被目标充满，不需调焦就可准确测量。满，不需调焦就可准确测量。比色温度计适于环境条件恶劣的工业现场中使用，如 :烟雾、水蒸气、灰尘比较严重的钢铁、焦化和炉窑等应用现场。第39页/共112页2023/2/540热释

20、电传感器在人体检测、报警中的应用热释电传感器在人体检测、报警中的应用热释电元件热释电元件在红外线检测中得到广泛在红外线检测中得到广泛的应用。它可用于能产生远红外辐射的人的应用。它可用于能产生远红外辐射的人体检测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自体检测，如防盗门、宾馆大厅自动门、自动灯的控制等。动灯的控制等。热释电元件外形第40页/共112页2023/2/541热释电传感器简介热释电传感器简介 热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。早在而输出电信号的传感器。早在1938年，有人提出过利用热年，有人提出过利用热释电效应探测

21、红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代释电效应探测红外辐射，但并未受到重视，直到六十年代才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。才又兴起了对热释电效应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥感以及热辐射探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，探测器。除了在楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域得到应用。比如：在更多的领域得到应用。比如：在房间无人时会自动停机在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机

22、的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；觉后自动关机的电路；开启监视器或自动门铃上的应用；摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等 可以根据自己的奇思妙想，结合其他电路开发出更加可以根据自己的奇思妙想，结合其他电路开发出更加优秀的新产品。或自动化控制装置。优秀的新产品。或自动化控制装置。第41页/共112页2023/2/542热释电传感器的内部电路热释电传感器的内部电路两块反向串联的热释电晶片场效应管第42页/共112页2023/2/543热释电传感器工作原理热释电传感器工作原理热释电晶片表面必须罩上一块由一组平热释电晶片表面必须罩上一块由一组平行

23、的棱柱型透镜所组成行的棱柱型透镜所组成菲涅尔透镜菲涅尔透镜，每一，每一透镜单元都只有一个不大的视场角，当人透镜单元都只有一个不大的视场角，当人体在透镜的监视视野范围中运动时，顺次体在透镜的监视视野范围中运动时，顺次地进入地进入第一、第二单元透镜的视场第一、第二单元透镜的视场，晶片，晶片上的两个反向串联的热释电单元将上的两个反向串联的热释电单元将输出一输出一串交变脉冲信号串交变脉冲信号。当然，如果人体静止不。当然，如果人体静止不动地站在热释电元件前面，它是动地站在热释电元件前面，它是“视而不视而不见见”的。的。第43页/共112页2023/2/544菲涅尔透镜菲涅尔透镜菲涅尔透菲涅尔透镜镜热释电

24、晶片第44页/共112页2023/2/545菲涅尔透镜外形菲涅尔透镜外形传感器不加菲涅尔透镜时，其检测距离小于2m，而加上该透镜后，其检测距离可增加3倍以上。第45页/共112页2023/2/546热释电套件热释电套件第46页/共112页2023/2/547热释电热释电报警器报警器菲涅尔透镜菲涅尔透镜设定按钮高分贝喇叭第47页/共112页2023/2/548热释电热释电报警器（续）报警器（续）菲涅尔透镜菲涅尔透镜5mm接插件第48页/共112页2023/2/549热释电热释电报警器（续）报警器（续）吸顶式吸顶式热释电报警器热释电报警器第49页/共112页2023/2/550热释电热释电传感器应

25、用传感器应用热释电传感器用热释电传感器用于自动亮灯，于自动亮灯，当然也可以用当然也可以用于防盗于防盗热释电传感器的感应范围第50页/共112页2023/2/551热释电感应灯热释电感应灯热释电传感器第51页/共112页2023/2/552自动感应灯自动感应灯第52页/共112页2023/2/553热释电传感器在智能空调中的应用热释电传感器在智能空调中的应用 智能空调能检测出屋内是否有人，微处理器据此自动调节空调的出风量，以达到节能的目的。空调中，热释电传感器的菲涅尔透镜做成球形状，从而能感受到屋内一定空间角范围里是否有人，以及人是静止着还是走动着。第53页/共112页2023/2/554、被测

26、物吸收光通量的应用实例、被测物吸收光通量的应用实例 光电式浊度计光电式浊度计和含沙量测量和含沙量测量将装有浊水的试管插入仪器中第54页/共112页2023/2/555光电式浊度计工作原理光电式浊度计工作原理 1 1恒流源恒流源 22半导体激光器半导体激光器 33半反半透镜半反半透镜 44反射镜反射镜 55被测水样被测水样 6 6、99光电池光电池 7 7、1010电流电流/电压转换器电压转换器 88标准水样标准水样 参比通道第55页/共112页2023/2/556烟雾报警器外形烟雾报警器外形 无烟雾时，光敏元件接收到无烟雾时，光敏元件接收到LED发射的恒定红外光。而在火灾发发射的恒定红外光。而

27、在火灾发生时，烟雾进入检测室，遮挡了部分生时，烟雾进入检测室，遮挡了部分红外光，使光敏三极管的输出信号减红外光，使光敏三极管的输出信号减弱，经阀值判断电路后，发出报警信弱，经阀值判断电路后，发出报警信号。号。烟雾报警第56页/共112页2023/2/557无线无线烟雾报警器内部结构烟雾报警器内部结构 可发出高分贝可发出高分贝笛鸣声的蜂鸣器笛鸣声的蜂鸣器第57页/共112页2023/2/558无线火灾烟雾传感器无线火灾烟雾传感器无线火灾烟雾传感器可以固定在墙体或者天花板上。它内部使用一节无线火灾烟雾传感器可以固定在墙体或者天花板上。它内部使用一节9伏层伏层叠电池供电，工作在警戒状态时，工作电流仅

28、为叠电池供电，工作在警戒状态时，工作电流仅为15微安，报警发射时工作电流为微安，报警发射时工作电流为20毫安。当探测到初期明火或者烟雾达到一定浓度时，传感器的报警蜂鸣器立即发出毫安。当探测到初期明火或者烟雾达到一定浓度时，传感器的报警蜂鸣器立即发出90分贝的连续报警，工作指示灯快速连续闪烁，无线发射器发出无线报警信号，通分贝的连续报警，工作指示灯快速连续闪烁，无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。知远方的接收主机，将报警信息传递出去。无线发射器的报警距离在空旷地可以无线发射器的报警距离在空旷地可以达到达到200米，在有阻挡的普通家庭环境中可以达到米，在有阻挡的普通

29、家庭环境中可以达到20米。米。第58页/共112页2023/2/559、被测物体反射光通量的应用实例、被测物体反射光通量的应用实例 在没有烟雾时，由于红外对管相互垂直，烟雾室内又涂有黑色吸光材料，所以红外LED发出的红外光无法到达红外光敏三极管。当烟雾进入烟雾室后，烟雾的固体粒子对红外光产生漫反射（图中只画出几个微粒的反射示意），使部分红外光到达光敏三极管，有光电流输出。反射式烟雾报警器反射式烟雾报警器 第59页/共112页2023/2/560 光电式转速表光电式转速表 光电式光电式转速表属于转速表属于反射式光电反射式光电传感器，它传感器，它可以在距被可以在距被测物数十毫测物数十毫米外非接触米

30、外非接触地测量其转地测量其转速。速。n=60(f/z)第60页/共112页2023/2/561水泵水泵转速测量转速测量第61页/共112页2023/2/562光电式转速表外形光电式转速表外形第62页/共112页2023/2/563色标传感器色标传感器色饱和图色饱和图色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区相比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。人眼对各色光的敏感程度第63页/共112页2023/2/564色标传感器的用途色标传感器的用途现代化工业生产中，颜色检测和颜色识别的应用越来越多。例如，在包装生产中机器要确定哪种产品放在什么颜色的包装中、如何保证产品的正面朝向包装

31、盒的玻璃纸窗口等等。色标传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区相比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。第64页/共112页2023/2/565各种色标传感器外形各种色标传感器外形色标传感器能识别红、绿、蓝等颜色第65页/共112页2023/2/566色标传感器外形（续）色标传感器外形（续）第66页/共112页2023/2/567色标传感器在流水线上检测产品的颜色标传感器在流水线上检测产品的颜色色第67页/共112页2023/2/568用多个色标传感用多个色标传感器测量薄板的颜色器测量薄板的颜色第68页/共112页2023/2/569产品包装色彩检测、分选产品包装色彩检测、

32、分选第69页/共112页2023/2/570光电自动门光电自动门自动门光电传感器放大图有效检测区域第70页/共112页2023/2/571、被测物遮挡光通量的应用实例、被测物遮挡光通量的应用实例光电式带材跑偏检测器光电式带材跑偏检测器 光电传感器 带材走偏时，边缘经常与传送机械发生碰撞，易出现卷边，造成废品。当带材处于正确位置（中间位置）时，放大器输出电压Uo为零；当带材左偏时，遮光面积减小，输出电压反映了带材跑偏的方向及大小。第71页/共112页2023/2/572光电式带材跑光电式带材跑偏检测控制器偏检测控制器原理原理1被测带材2卷取电机3卷取辊4液压缸5活塞6滑台7光电检测装置8光源9、

33、10透镜11-光敏电阻R112遮光罩 指针将偏向左边还是右边？第72页/共112页2023/2/573四、光电开关及光电断续器四、光电开关及光电断续器 从原理上讲，光电开关及光电断续器没从原理上讲，光电开关及光电断续器没有太大的差别，都是有太大的差别，都是由红外线发射元件与光由红外线发射元件与光敏接收元件组成，敏接收元件组成，只是只是光电断续器是整体结光电断续器是整体结构构，其检测距离只有几毫米至几十毫米，而，其检测距离只有几毫米至几十毫米，而光电开关的检测距离可达几米至几十米。光电开关的检测距离可达几米至几十米。第73页/共112页2023/2/5741、光电开关的结构和分类、光电开关的结构

34、和分类 光电开关可分为光电开关可分为遮断型和反射型遮断型和反射型两两大类。遮断型光电开关的发射器和接收器大类。遮断型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。当有物体在两相对安放，轴线严格对准。当有物体在两者中间通过时，红外光束被遮断，接收器者中间通过时，红外光束被遮断，接收器接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。接收不到红外线而产生一个负脉冲信号。遮断型光电开关的检测距离一般可达十几遮断型光电开关的检测距离一般可达十几米，对所有能遮断光线的物体均可检测。米，对所有能遮断光线的物体均可检测。第74页/共112页2023/2/575光电开关外形光电开关外形第75页/共112页2023/2/5

35、76遮断型光电开关示意图遮断型光电开关示意图遮断报警第76页/共112页2023/2/577遮断式光电开关原理遮断式光电开关原理ObjectReceiver 遮断式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。被检测物体光发射器光接收器第77页/共112页2023/2/578光电开关在光电开关在 流水线上的应用流水线上的应用落料口落料口遮断式光电开关遮断式光电开关（计数）（计数）第78页/共112页2023/2/579光幕光幕 两个柱形结构两个柱形结构相对而立，每隔数十相对而立，每隔数十毫米安装一对发

36、光二毫米安装一对发光二极管和光敏接收管，极管和光敏接收管，形成光幕，当有物体形成光幕，当有物体遮挡住光线时，传感遮挡住光线时，传感器发出报警信号。器发出报警信号。接收器第79页/共112页2023/2/580 光幕应用光幕应用 当有物当有物体遮挡住光体遮挡住光线时，传感线时，传感器发出报警器发出报警信号，起保信号，起保护、预警等护、预警等作用。作用。光线被遮断（报警）第80页/共112页2023/2/581 光幕应用（续）光幕应用（续）产品高度测量产品高度测量第81页/共112页2023/2/582 光幕应用（续）光幕应用（续）三维尺寸检测宽度宽度测量测量长度长度测量测量高度高度测量测量第82

37、页/共112页2023/2/583 光幕应用（续）光幕应用（续）木材外形截面积检测第83页/共112页2023/2/584光幕应用（续）光幕应用（续）纠偏光幕可检测出带材在卷曲过程中的偏移，经控制器和执行机构使带材向正确的方向运动（纠偏）。第84页/共112页2023/2/585 光幕用于自动收费系统的车辆超高测量第85页/共112页2023/2/586 光幕应用光幕应用锻压机床的 安全区域设置 及入侵报警第86页/共112页2023/2/587 光幕应用光幕应用安全区示警第87页/共112页2023/2/588反射型光电开关反射型光电开关 反射型光电开关分为两种情况：反射型光电开关分为两种情

38、况：反射镜反射型及被测物漫反射型（简称反射镜反射型及被测物漫反射型（简称散射型）。散射型）。反射镜反射型光电开关采用较为方便的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果。反射镜通常使用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出的光转变成偏振光（波动方向严格一致的光）反射回去，提高抗干扰能力。第88页/共112页2023/2/589定区域反射式光电开关原理定区域反射式光电开关原理 (发出光有角度发出光有角度)定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电开关产生开关信号。检测距离检测距离第89页/共112页2023/2/59

39、0反射型光电开关及反射镜外形反射型光电开关及反射镜外形三角反射镜三角反射镜集发射、接收器于一身第90页/共112页2023/2/591反射镜反射镜反射型反射型光电开光电开关工作原理关工作原理 反射镜反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安装配合使用。反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来的偏振光。反射板反射镜反射镜被测物体偏振光偏振光发射光发射光第91页/共112页2023/2/592调制型光电开关原理调制型光电开关原理 光电开关的光电开关的LED多采用中频（多采用中频（40kHz左右）窄脉冲电流驱动

40、，发射左右）窄脉冲电流驱动，发射40kHz调制光调制光脉冲，相应地，接收光电元件的输出信号经脉冲，相应地，接收光电元件的输出信号经40kHz选频交流放大器及专用的解调芯片选频交流放大器及专用的解调芯片处理，可以有效地防止太阳光、日光灯的干扰，又可减小发射处理，可以有效地防止太阳光、日光灯的干扰，又可减小发射LED的功耗。的功耗。第92页/共112页2023/2/593被测物漫反射型光电开关原理被测物漫反射型光电开关原理漫反射光线(漫无边际)反射光线被检测物体光发射器和光接受器发射光线 漫反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体。当被测物体经过该光电开关时，发射器发出的光线经被测物体表面反射由接

41、受器接受，于是产生开关信号。额定距离第93页/共112页2023/2/594漫反射型漫反射型光电开关的应用光电开关的应用请思考如何将光电开关用于卫生间的自动冲水设备请思考如何将光电开关用于卫生间的自动冲水设备第94页/共112页2023/2/595反射型光电开关外形反射型光电开关外形电源指示信号指示第95页/共112页2023/2/596反射型光电开关外形反射型光电开关外形（续）（续）灵敏度调节电位器第96页/共112页2023/2/597 智能化自学习型光电开关智能化自学习型光电开关 常规反射型光电开关的动作距离是不变的（与型号有关），当检测流水线上的漫反射物体时，必须调节安装距离，十分不方

42、便。自学习型光电开关上设置了一只阈值开关，当流水线上的被检测物体到达光电开关面前时，按下阈值开关数秒，待“学习”指示灯闪亮停止后，内部的微处理器就记住了两者之间的距离，就能在一定的允许范围内，可靠地对之后来到的被检测物体作出反应。当流水线上的被检测品种改变时，只需再次“学习”，而不必调节机械安装螺丝。第97页/共112页2023/2/598 智能化光电开关的自学习过程示意图智能化光电开关的自学习过程示意图阈值开关学习指示灯设定距离安装距离第98页/共112页2023/2/599表面反射率表面反射率 对于漫反射式光电开关发出的光线对于漫反射式光电开关发出的光线需要被检测物表面将足够的光线反射回接

43、需要被检测物表面将足够的光线反射回接收器，所以检测距离和被检测物体的表面收器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率及粗糙程度将决定接收器接收到光反射率及粗糙程度将决定接收器接收到光线强度，被检测物体的表面还应尽量垂直线强度，被检测物体的表面还应尽量垂直于光电开关的发射光线。于光电开关的发射光线。第99页/共112页2023/2/5100光电开关应用（续）光电开关应用（续）透明度测量、控制质量检测第100页/共112页2023/2/5101 光电开关应用（续）光电开关应用（续）加工控制第101页/共112页2023/2/5102 光电开关应用（续）光电开关应用（续）机械手定位第102页/共112

44、页2023/2/5103光电开关应用（续）光电开关应用（续）商标方向检测第103页/共112页2023/2/51042、光电断续器光电断续器 光电断续器可分为遮断型和反射型两种。光电断续器可分为遮断型和反射型两种。遮断型光电断续器也称为槽式光电开关，通遮断型光电断续器也称为槽式光电开关，通常是标准的常是标准的U字型结构。其发射器和接收器字型结构。其发射器和接收器做在体积很小的同一塑料壳体中，分别位于做在体积很小的同一塑料壳体中，分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，两者能可靠型槽的两边，并形成一光轴，两者能可靠地对准，为安装和使用提供了方便。当被检地对准，为安装和使用提供了方便。当被检测物体经过

45、测物体经过U U型槽且阻断光轴时，光电开关就型槽且阻断光轴时，光电开关就产生表示检测到的开关量信号。槽式光电开产生表示检测到的开关量信号。槽式光电开关比较可靠，较适合高速检测。关比较可靠，较适合高速检测。第104页/共112页2023/2/5105反射式反射式光电断续器光电断续器 光电断续器是较便宜、简单、可靠的光电器件。它广泛应用于自动控制系统、生产光电断续器是较便宜、简单、可靠的光电器件。它广泛应用于自动控制系统、生产流水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。光电断续器的发光二极管可以直接流水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。光电断续器的发光二极管可以直接用直流电驱动，亦可用用

46、直流电驱动，亦可用40kHz40kHz尖脉冲电流驱动；红外尖脉冲电流驱动；红外LEDLED的正向压降约为的正向压降约为1.11.11.3V1.3V，驱，驱动电流控制在动电流控制在20mA20mA以内。以内。第105页/共112页2023/2/5106U U型光电断续器外形型光电断续器外形第106页/共112页2023/2/5107光电断续器外形（续）光电断续器外形（续）红色光柱第107页/共112页2023/2/5108 齿 盘 每转过一个齿，光电断续器就输出一个脉冲。通过脉冲频率的测量或脉冲计数，即可获得齿盘转速和角位移。光电断续器的应用光电断续器的应用n第108页/共112页2023/2/5109 当工件经过光电断续器时，接收器即产生一个计数脉冲。光电断续器的应用（续）光电断续器的应用（续）第109页/共112页2023/2/5110光电传感器的其他用途（续）光电传感器的其他用途（续）断裂检测电梯自动运行条件判断第110页/共112页2023/2/5111END第111页/共112页2023/2/5112感谢您的观看。第112页/共112页